Принцип дії і пристрій систем водяного опалення

Система водяного опалення з природною циркуляцією теплоносія

Процес опалення відбувається за такою схемою. Вода, нагріта в опалювальному котлі, як легша, піднімається по головному стояку вгору, надходить в розвідні магістральні трубопроводи, а з них через стояки, що подають - в нагрівальні прилади (радіатори). Віддаючи тепло, вода в радіаторі остигає, стає важчою і через труби зворотного розводки, з`єднаної із стояком, опускається вниз, надходить в нагрівальний котел і своєю масою витісняє нагріту воду з котла вгору - в головний подає стояк. Так функціонує циркуляційна система опалення. схеми пристрою водяного опалення показані на рис. 1.1 і 1.2.

Поки нагрівальний котел працює, цей процес безперервно повторюється і в результаті в системі відбувається циркуляція води. Таким чином, вода рухається під дією гідростатичного напору, що виникає завдяки різної щільності охолодженої і нагрітої рідини. Наприклад, щільність води при 40`С становить 992,24 кг / м 3. при 70 "С - 977,8 кг / м 3. при 95 `З - 961,9 кг / м 3.

Мал. 1.1. Схема водяного опалення з природною циркуляцією. Варіант з верхнім розведенням:

опалювальний котел-головний стояк- розширювальний бак- переливна труба розвідний трубопровод- стояки гарячої води-радіатори-вентиль ручной- зворотні стоякі- зворотна лінія

Мал. 1.2. Схема водяного опалення з природною циркуляцією. Варіант з нижнім розведенням:

1 - опалювальний котел-2 - розводить трубопровод- 3 - стояки гарячої води-4 - розширювальний бак- 5 - переливна труба 6 - труба відводу повітря-7 - радіатори-8 - вентиль ручной- 9 - зворотні стоякі- 10 - зворотна лінія

Якщо використовується циркуляційна система опалення. тоді циркуляційний тиск залежить від різниці ваг стовпа гарячої і стовпа охолодженої (зворотної) води, отже, воно залежить від різниці температур гарячої та охолодженої води. Крім того, циркуляційний тиск залежить ще від висоти розташування нагрівальних приладів (радіаторів) над казаном. Чим вище розташований прилад, тим більше для нього циркуляційний тиск. Тому в системах водяного опалення нагрівальні прилади, розташовані на верхньому поверсі, прогріваються краще, ніж прилади на нижньому поверсі.

Ясно, що в двотрубних системах опалення нагрівальні прилади, розташовані на одному рівні з опалювальним котлом або нижче його, нагріватися практично не будуть. Для таких систем, як показує практика, найменша відстань між центром нагрівальних приладів, розташованих на першому поверсі, і центром опалювального котла повинно бути не менше 3 м. Тому котельня для такої системи повинна розташовуватися в підвалі.

Зазначеного недоліку позбавлені однотрубні системи опалення, так як гідростатичний напір, що змушує циркулювати воду в системі, буде утворюватися через охолодження води в трубопроводах, що підводять нагріту воду до радіаторів, а також відвідних охолоджену воду від радіаторів до опалювального котла. Охолодження зазначених трубопроводів приносить подвійну користь.

По-перше, сприяє створенню гідростатичного напору, а по-друге, додаткового обігріву приміщення, Тому трубопроводи прокладають відкрито і не ізолюють. Що стосується головного трубопроводу (підйомного стояка гарячої води), то його, навпаки, треба ретельно теплоізолювати. Охолодження води в цьому стояку призводить до зниження температури і збільшення щільності води, а це, як ми знаємо, призводить до зменшення гідростатичного напору.

Кількість тепла, що віддається приміщенню нагрівальними приладами, залежить від кількості надходить у прилад води і її температури. У свою чергу, кількість води, яке може бути пропущено через трубопровід до приладу, залежить від циркуляційного тиску, що змушує воду рухатися по трубі. Чим більше циркуляційний тиск, тим менше може бути діаметр труби для пропуску певної кількості води, і навпаки, чим менше циркуляційний тиск, тим більше повинен бути діаметр труби.

Щоб циркуляційна система опалення діяла нормально, потрібно ще одна умова: циркуляційний тиск має бути достатнім для подолання всіх опорів, які зустрічає рухома в цій системі вода. Вода при своєму русі в системі опалення зустрічає опору, що викликаються тертям води об стінки труб, а крім них, ще й місцеві опори, до яких відносяться відводи, трійники, хрестовини, крани, нагрівальні прилади, вентилі та інші елементи системи опалення. Величина місцевого опору залежить від швидкості води, а швидкість води від зміни перетинів і напрямки руху води в розвідних трубопроводах.

Опір, що викликається тертям, залежить від діаметру і довжини трубопроводу і швидкості води (якщо швидкість збільшиться в 2 рази, то опір - в 4 рази). Чим менше діаметр і більше довжина трубопроводу і чим вище швидкість води, тим більший опір створюється на шляху води і навпаки. При великій довжині труб опір зростає, зі збільшенням діаметра труб воно падає. Часто можна помітити, що діаметр труби далекого від котла стояка більше, ніж найближчого. Розраховуючи відстані і діаметри труб, можна зрівняти опір і кількість переміщуваної в системі води.

У системах з природною циркуляцією теплоносія в малоповерхових будинках величина циркуляційного тиску невелика, і тому в них не можна допускати великих швидкостей руху води в трубах, отже, діаметри труб повинні бути великими. Застосування систем з природною циркуляцією може виявитися економічно невигідним, вони виправдані лише для невеликих будинків.

Переваги та недоліки систем опалення з природною циркуляцією води

простота монтажу і введення в експлуатацію- економічність і простота експлуатації-відсутність циркуляційного насоса, а відповідно, шуму і вібраціі- порівняльна довговічність (при правильній експлуатації - більше 40 років без капітального ремонту) - здатність системи до саморегулювання: при зміні температури і щільності води змінюється і витрата внаслідок зростання або зменшення природного циркуляційного тиску. Одночасна зміна температури і витрати води забезпечує теплопередачу приладів, необхідну для підтримки заданої температури приміщень, т. Е. Надає системі теплову стійкість.

Мал. 1.3. Схема водяного опалення з примусовою циркуляцією. Фрагмент з верхнім розведенням:

1 - опалювальний котел-2 - головний стояк- 3 - розводить трубопровод- 4 - розширювальний бак- 5 - расширительная труба 6 - воздухосборнік- 7 - стояки гарячої води-8 - зворотні стоякі- 9 - зворотна лінія-10 - циркуляційний насос- 11 - переливна труба

Мал. 1.4. Схема водяного опалення з примусовою циркуляцією. Фрагмент з нижнім розведенням:

1 - опалювальний котел-2 - розводить трубопровод- 3 - стояк гарячої води-4 - труба відводу повітря-5 - воздухосборнік- 6 - зворотні стоякі- 7 - розширювальний бак- 8 - розширювальна труба 9 - зворотні лінії-10 - циркуляційний насос

уповільнене включення системи в дію-скорочення радіусу дії системи по горизонталі до 30 м через невеликого циркуляційного тиску-підвищення витрат у зв`язку із застосуванням труб більшого діаметра- підвищення небезпеки замерзання води в трубах, прокладених в неопалювальних приміщеннях.

Система водяного опалення з примусовою циркуляцією теплоносія

На відміну від системи водяного опалення з природною циркуляцією, де циркуляційний тиск дуже мало і залежить від різниці температур гарячої та охолодженої зворотної води, в системі зі штучною циркуляцією переміщення води по трубах створюється відцентровими насосами. Насоси, що діють в замкнутій кільцевій системі опалення, заповненої водою, воду не піднімають, а тільки переміщують, створюючи циркуляцію, і тому називаються циркуляційними.

Циркуляційний насос монтують, як правило, в трубопровід зворотної лінії. Охолоджена вода подається в котел насосом. Така установка виключає взаємодію насоса з гарячою водою і збільшує термін його служби. І ще одна важлива деталь цієї системи. Розширювальний бак приєднаний ні до головного стояка, що подає гарячу воду, як в системі з природною циркуляцією, а до зворотного трубі магістралі (рис. 1.3).

Використовувана циркуляційна система опалення доцільно використовувати спеціальні малошумні з горизонтальними лопатями насоси відцентрового типу, з`єднані в єдиний блок з електродвигунами і закріплюються безпосередньо на трубах. Такі насоси переміщують значну кількість води і розвивають порівняно невеликі тиску. Їх застосування дозволяє істотно збільшити протяжність трубопроводу і зменшити діаметри розвідних трубопроводів. Крім того, з установкою циркуляційного насоса з`являється можливість змінювати схемні рішення системи опалення, наприклад відмовитися від верхньої розводки трубопроводів і перейти до нижньої розведенню (рис. 1.4).

Отже, насос дозволяє воді циркулювати по трубах і радіаторів з потрібною швидкістю. Працює насос від побутової електромережі. Насос з`єднаний з автоматикою котла, що дозволяє вибирати режим роботи. Хороший насос може працювати в декількох режимах і практично безшумно. На жаль, такий мініатюрний пріборчйк не випускають в Росії. Доводиться купувати імпортні насоси, в основному німецькі. Якість відмінне, ціна 50-60 дол.

Рух рідини необхідно, тому що нагріта вода, віддаючи тепло, остигає. Значить, її треба знову нагріти. Чим швидше потрібно обігріти приміщення, тим сильніше нагрівається котел. І, отже, чим більше швидкість води (сильніше працює насос), тим більше тепла «віддає» батарея за менший проміжок часу.

Припустимо, температура в кімнаті нагрілася до заданого значення, і тепер потрібно тільки підтримувати її на рівні. В цьому випадку система автоматично уповільнює роботу. Котел працює на меншу потужність, насос качає повільніше, температура в батареях знижується. Швидкість руху води система вибирає автоматично. Але при швидкості більше 2,5 м / с у всіх трубах починається гудіння. Цей неприємний звук «говорить» про те, що насос працює неправильно (тобто швидкість руху води занадто велика).

Вибираючи насос, треба враховувати параметри опалювальної системи (висоту, довжину і діаметр труб, кількість і вид радіаторів і т. Д.). Однак застосування насосних систем опалення можливо тільки за умови надійного електропостачання будинку.

Коротенько ми розглянули, як функціонує циркуляційна система опалення, яка має в своєму розпорядженні істотні переваги.